Etude de signatures radiatives de populations d'atomes superthermiques dans la thermosphère terrestre

Notre travail porte sur la recherche d’éventuelles signatures de populations d’atomes non thermiques dans la thermosphère terrestre. Ces atomes chauds sont produits par divers processus exothermiques et leur distribution en énergie résulte de la thermalisation par collision avec le gaz ambiant. La signature de la réaction N(4S) + O2  NO (v,J) + O dans le spectre infrarouge du NO est étudiée. Un modèle détaillé de spectre synthétique raie par raie de la bande du monoxyde d’azote v = 1 à 5.3 µm tenant compte de la fonction de distribution en énergie cinétique (EDF) des réactifs est développé à cet effet. La fonction de distribution en énergie cinétique de l’azote calculée par une méthode de Monte Carlo est utilisée. Tous les processus de peuplement et de dépeuplement des niveaux (v,J) de la molécule sont considérés simultanément. En particulier, le rôle de l’atome métastable N(2D) qui ne conduit pas à une excitation rotationnelle importante ainsi que la collision entre NO et O sont inclus dans le modèle. Nous concluons que la contribution des atomes d’azote superthermiques ne se distingue de la contribution thermique qu’à basse température et donc aux basses altitudes (particulièrement vers 110 km). Les incertitudes de la modélisation théorique des processus impliqués ne permettent pas, à l’heure actuelle, de conclusion quantitative certaine. Dans un deuxième temps, le transfert radiatif de la transition de l’oxygène atomique à 989 Å est étudié afin de vérifier si la population d’oxygène superthermique calculée par le modèle stochastique près de l’exobase et au-delà permet d’expliquer l’anomalie d’intensité mesurée par fusée sonde. A cette fin, le champ radiatif est calculé pour ce multiplet optiquement épais à l’aide d’un modèle de transfert radiatif faisant appel à la méthode de Feautrier. Nous concluons que cette population ne permet pas d’expliquer les observations, même lorsque le profil de densité de l’oxygène est corrigé pour tenir compte de la modification de hauteur d’échelle inhérente à la présence d’une population non thermique. Finalement, les mesures de l’émission de l’oxygène métastable O(1D) à 6300 Å obtenues grâce à l’interféromètre FPI à bord du satellite Dynamics Explorer 2 sont comparées aux résultats théoriques du calcul des EDF de O(1D). Deux logiciels sont développés à cette fin, l’un permettant de simuler le comportement de FPI vis à vis d’une émission de profil quelconque, l’autre destiné à étudier la base de données de FPI en détails. Nous effectuons un ajustement à quatre paramètres permettant de caractériser chaque interférogramme observé et d’en déduire la température associée à une émission supposée de profil gaussien. Des écarts entre la température donnée par le modèle semi-empirique MSIS et celle déduite des observations sont trouvés. Ils sont attribuables, selon toute vraisemblance, à la présence d’une population d’oxygène métastable non thermique dans la ligne de visée de l’instrument.